1.4金属材料 常用的金属材料包括钢、铸铁、铜及其合金、铝及其 合金、粉末冶金材料等,其中以钢和铸铁应用最为广 泛。 钢 铸铁 铜 属材其合金 战金材及其合金图14芜湖长江大桥
1.4 金 属 材 料 铸铁 粉末 冶金材料 铝 及其合金 铜 及其合金 钢 金属材料 常用的金属材料包括钢、铸铁、铜及其合金、铝及其 合金、粉末冶金材料等，其中以钢和铸铁应用最为广 泛。 图1-14 芜湖长江大桥
1.4.1钢 1.化学成分对钢的力学性能的影响 (1)杂质元素的影响: 1)锰、硅的影响:有益元素 Mn和Si在钢中大部分溶于铁素体起强化作用。Mn 能减轻S的有害作用。FeS+Mn=MnS+Fe 2)硫的影响:有害元素,Fe+S=FeS,FeS与Fe 易形成低熔点的共晶体,可使钢引起热脆性。 3)磷的影响:有害元素,。P在钢中可溶于铁素体, 使钢强度、硬度增加,塑性、韧性减小,易使钢产生 冷脆现象。但P与Cu同时存在,可提高钢的耐蚀性和 耐磨性
1.4.1 钢 1.化学成分对钢的力学性能的影响 （1）杂质元素的影响： 1) 锰、硅的影响: 有益元素. Mn和Si在钢中大部分溶于铁素体,起强化作用。Mn 能减轻S的有害作用。FeS＋Mn＝MnS＋Fe 2) 硫的影响:有害元素, Fe＋S＝FeS，FeS与Fe 易形成低熔点的共晶体，可使钢引起热脆性。 3) 磷的影响:有害元素，。P在钢中可溶于铁素体， 使钢强度、硬度增加，塑性、韧性减小，易使钢产生 冷脆现象。但P与Cu同时存在，可提高钢的耐蚀性和 耐磨性
(2)合金元素的影响 合金元素:是为改善钢的某些性能而在钢中特意加入 的元素对钢的力学性能有很大影响。 1)对钢的强度的影响: C、Si、Mn产生固溶强化,使钢的强度提高。 C、N、Cr、A形成碳化物或氮化物,使钢的强度和 硬度提高。 Nb、V、A、T可细化晶粒,提高钢的强度 2)对钢的韧性的影响: Nb、V等元素可细化晶粒,从而也显著提高钢的韧性。 C、Si、Mn一般使钢的韧性降低
(2)合金元素的影响 ▪ 合金元素：是为改善钢的某些性能而在钢中特意加入 的元素,对钢的力学性能有很大影响。 1) 对钢的强度的影响: C、Si、Mn产生固溶强化，使钢的强度提高。 C、N、Cr、Al形成碳化物或氮化物，使钢的强度和 硬度提高。 Nb、V、Al、Ti可细化晶粒，提高钢的强度。 2）对钢的韧性的影响: Nb、V等元素可细化晶粒,从而也显著提高钢的韧性。 C、Si、Mn一般使钢的韧性降低
2.钢的分类 钢的分类 化学成分使用特性质量等级主要性能 (1)按化学成分分类: 根据各种合金元素规定含量界限值,将钢分为 1)非合金钢(碳素钢),分普通碳素结构钢、优质碳 素结构钢、碳素工具钢。含碳量小于025%为低碳 钢,0.25-0.6%为中碳钢,大于0.6%为高碳钢,。 2)低合金高强度结构钢, 3)合金钢
2. 钢的分类 (1)按化学成分分类: 根据各种合金元素规定含量界限值,将钢分为 1）非合金钢（碳素钢），分普通碳素结构钢、优质碳 素结构钢、碳素工具钢。含碳量小于0.25%为低碳 钢，0.25－0.6%为中碳钢，大于0.6%为高碳钢，。 2）低合金高强度结构钢， 3）合金钢。 钢的分类 化学成分 使用特性 质量等级 主要性能
表1-2部分合金元素规定质量分数界限值(%) 合金元素非合金钢低合金钢合金钢 Cr <0.300.30~0.50≥0.50 Mn <1001.00~1.40≥1.40 Mo <0.05005~0.10≥0.10 Ni <0.300.30~0.50≥0.50 Si <0.500.50~090≥090
表1-2 部分合金元素规定质量分数界限值 (%) 合金元素 非合金钢 低合金钢 合金钢 Cr <0.30 0.30~0.50 ≥0.50 Mn <1.00 1.00~1.40 ≥1.40 Mo <0.05 0.05~0.10 ≥0.10 Ni <0.30 0.30~0.50 ≥0.50 Si <0.50 0.50~0.90 ≥0.90
(2)按主要质量等级分类 按质量等级 普通质量钢优质钢特殊质量钢 1)普通质量钢:即对生产过程中控制质量无特殊规 定的、一般用途的非合金钢和低合金钢。S、P含量 均小于0.045% 2)优质钢:即在生产过程中需要按规定控制质量的钢, 并达到比普通质量钢较高的质量要求。S、P含量均 小于0.040% 3)特殊质量钢:即在生产过程中需要严格控制质量 和性能的钢,特别是要求严格控制硫、磷等含量和 提高纯洁度等。S、P含量均小于0.020%
(2)按主要质量等级分类 1) 普通质量钢 ：即对生产过程中控制质量无特殊规 定的、一般用途的非合金钢和低合金钢。S、P含量 均小于0.045%。 2) 优质钢:即在生产过程中需要按规定控制质量的钢, 并达到比普通质量钢较高的质量要求。S、P含量均 小于0.040%。 3）特殊质量钢：即在生产过程中需要严格控制质量 和性能的钢,特别是要求严格控制硫、磷等含量和 提高纯洁度等。S、P含量均小于0.020%。 按质量等级 普通质量钢 优质钢 特殊质量钢
(3)按使用特性分类 工具钢 可分为: 工具钢, 工程 机械 工程结构用钢,结构用 结构用钢 使用特性 机械结构用钢, 不锈耐蚀钢, 耐热钢等。 耐热钢)不锈耐蚀钢
(3) 按使用特性分类 可分为： 工具钢， 工程结构用钢， 机械结构用钢， 不锈耐蚀钢， 耐热钢等。 工程 结构用钢 耐热钢 不锈耐蚀钢 机械 结构用钢 工具钢 使用特性
3.钢的牌号和应用 (1)非合金钢 1)碳素结构钢 牌号:例如Q235F “Q”表示屈服点, “235”表示屈服点值为235MPa, F”表示脱氧方法(沸腾钢)。 用途:碳素结构钢w(C为0.06%~0.38% 主要用来制造一般工程结构和普通机床零件 通常轧制成各种型材、板材和线材等
(1)非合金钢 1)碳素结构钢 牌号： 例如 Q235F “Q” 表示屈服点， “235” 表示屈服点值为235MPa, “F” 表示脱氧方法（沸腾钢）。 用途 ： 碳素结构钢w(C)为0.06%~0.38%。 主要用来制造一般工程结构和普通机床零件， 通常轧制成各种型材、板材和线材等。 3.钢的牌号和应用
表1-3碳素结构钢部分牌号、成分与力学性能 化学成分(质量分数,% 力学性能 牌号 质量等级 Si P OS ob Mn /MPa/MPa 6(% 不大于 006~0025 0.0 315~ Q195 0.500.030.050 195 33 12 45 430 0.09~0025~ 0.0 Q215A 0.300.050 31 .150.55 45215/35 450 0.0 Q255A 0.18~00.40~ 410~ 280.700.300.050 255 24 45 550 Q275-028~0050-0.350.050 45275490 0.0 20 38080 630
牌号 质 量 等 级 化学成分(质量分数,%) 力学性能 C Mn Si S P σs /MPa σb /MPa δ(%) 不大于 Q195 —— 0.06~0 .12 0.25~ 0.50 0.03 0.050 0.0 45 195 315~ 430 33 Q215 A 0.09~0 .15 0.25~ 0.55 0.30 0.050 0.0 45 215 335~ 450 31 Q255 A 0.18~0 .28 0.40~ 0.70 0.30 0.050 0.0 45 255 410~ 550 24 Q275 —— 0.28~0 .38 0.50~ 0.80 0.35 0.050 0.0 45 275 490~ 630 20 表1-3 碳素结构钢部分牌号、成分与力学性能
2)优质碳素结构钢 牌号:是用二位数字表示,这两位数字表示钢中的平 均碳的质量分数(万分数)。 例如45钢 表示平均w(C)为0.45%的优质碳素结构钢。 若为沸腾钢,则在牌号后加“F”符号,如08F。 若含锰量较高,则在数字后加“Mn”符号 用途:主要用来制造比较重要的机楲零件, 如轴、连杆、弹簧等。 20钢金相组织示意图
2)优质碳素结构钢 牌号： 是用二位数字表示，这两位数字表示钢中的平 均碳的质量分数（万分数）。 例如 45钢 表示平均w(C)为0.45%的优质碳素结构钢。 若为沸腾钢，则在牌号后加“F”符号，如08F。 若含锰量较高，则在数字后加“Mn”符号。 用途： 主要用来制造比较重要的机械零件， 如轴、连杆、弹簧等。 20钢金相组织示意图